Exercice corrigé Ancien programme

La communication entre neurones

Le système nerveux est un réseau discontinu de neurones qui communiquent au niveau des synapses. On étudie la communication entre les trois neurones.

1. À l'aide des seules données d'observation du document 21, exposez les arguments qui permettent d'identifier les neurones pré- et postsynaptiques.

2. Montrez en quoi le document 22 permet de conforter ou de remettre en cause certains arguments.

3. Exploitez les résultats expérimentaux du document 23 mis en relation avec les autres documents pour identifier les fonctions de chaque neurone.

Doc 21 Dispositif

Grâce à des électrodes posées sur l'axone et reliées à un stimulateur, un message nerveux se propage sur l'axone. On enregistre les messages nerveux qui circulent sur les axones des trois neurones. Trois séries de mesures sont réalisées : stimulations de l'axone de N1, de l'axone de N2, de l'axone de N3.

Doc 22 Résultats

Grâce à une micropipette, des neurotransmetteurs sont injectés dans la fente synaptique entre N1 et N3, puis entre N2 et N3. Deux neurotransmetteurs sont testés : l'acétylcholine et le GABA. Grâce à des microélectrodes, le potentiel de membrane des neurones est enregistré sur une période limitée à 10 ms.

Stimulation

Enregistrements

Échelle des mesures

Axone de

Axone de N1

Axone de N2

Axone de N3

N1

N2

N3

Doc 23 Étude de la synapse N2-N3

Enregistrements

Durée : 10 ms

Injections

Acétylcholine

GABA

Membrane synaptique N2

Axone N2

Membrane synaptique N3

Axone N3

Doc 24 Étude de la synapse N1-N3

Enregistrements

Durée : 10 ms

Injections

Acétylcholine

GABA

Membrane synaptique N1

Axone N1

Membrane synaptique N3

Axone N3

1. Comment identifier les neurones pré- et postsynaptiques

Chaque neurone possède deux types de fibres : la fibre longue est un axone, les fibres courtes sont des dendrites.

• L'axone de N1 entre en contact avec une dendrite de N3. Or le message nerveux qui circule sur l'axone s'éloigne du corps cellulaire. N1 envoie un message à N3.

La synapse N1-N3 montre des vésicules dans le bouton synaptique de N1 et une absence de vésicules dans la dendrite de N3. Or, les neurotransmetteurs assurent la communication entre deux neurones au niveau d'une synapse. C'est N1 qui libère le médiateur chimique.

N1 est un neurone présynaptique, N3 un neurone postsynaptique.

• La même observation peut être réalisée avec N2 et N3.

L'axone de N2 est en contact avec le corps cellulaire de N3. Des vésicules sont présentes dans le bouton synaptique de N2 mais sont absentes chez N3.

Avec le même raisonnement, on peut penser que N2 est un neurone présynaptique, et N3 un neurone postsynaptique.

2. Vérification ou invalidation des arguments

Les enregistrements montrent des variations du potentiel de membrane d'égale amplitude : 100 mV.

Conclusion : Chaque variation de potentiel de 100 mV est un potentiel d'action. Un message nerveux est codé par la fréquence des potentiels d'action.

• La stimulation électrique de l'axone de N1 provoque :

– l'apparition d'un message nerveux qui se propage sur l'axone de N1 

– l'apparition d'un message nerveux dont la fréquence des PA est plus faible sur l'axone de N3 

– l'absence de message nerveux sur N2.

Conclusion : N1 stimule N3. Cette expérience confirme les arguments dégagés par l'observation des neurones : N1 est un neurone présynaptique, N3 est un neurone postsynaptique.

• Une stimulation électrique identique à celle réalisée dans l'expérience précédente est appliquée sur l'axone de N2. On observe :

– l'apparition d'un message nerveux qui se propage sur l'axone de N2 

– l'absence de message nerveux sur N2 et N3.

Conclusion : N2 ne stimule pas N3. Cette expérience ne confirme pas les arguments dégagés de l'observation : N2 présynaptique, N3 postsynaptique.

• Une stimulation électrique identique à celle réalisée dans l'expérience précédente est appliquée sur l'axone de N3. On observe :

– l'apparition d'un message nerveux qui se propage sur l'axone de N3 

– l'absence de message nerveux sur N2 et N1.

Conclusion : N3 ne stimule ni N1 ni N2. Une synapse ne transmet l'information que dans un seul sens : du présynaptique au postsynaptique. Cette expérience conforte l'observation : N3 est un neurone postsynaptique.

Le problème posé par ce document est : Quel est le rôle de N2 ?

3. Identification des fonctions de N1, N2 et N3

n Étude de la synapse N1-N3

Un neurotransmetteur est injecté dans la fente synaptique qui sépare N1 et N3.

Analyse. L'injection d'acétylcholine :

– ne provoque aucune modification du potentiel de membrane de N1 

– dépolarise la membrane postsynaptique de N3 et est suivie par l'apparition d'un potentiel d'action sur l'axone de N3.

L'injection de GABA ne modifie aucun potentiel de membrane.

Conclusion : Seule l'injection d'acétylcholine donne une réponse pour N3 comparable à celle produite par un message nerveux. Les vésicules présentes dans les boutons synaptiques de N1 contiennent de l'acétylcholine. Ce neurotransmetteur stimule N3 en dépolarisant sa membrane postsynaptique, ce qui entraîne la formation de potentiels d'action qui se propagent sur son axone.

n Étude de la synapse N2-N3

Un neurotransmetteur est injecté dans la fente synaptique qui sépare N2 et N3.

Analyse. L'injection de GABA :

– ne provoque aucune modification du potentiel de membrane de N2 

– hyperpolarise la membrane postsynaptique de N3. Aucun potentiel d'action n'apparaît sur l'axone de N3.

L'injection d'acétylcholine ne modifie aucun potentiel de membrane.

Conclusion : Seule l'injection de GABA provoque une réponse pour N3. Les vésicules présentes dans les boutons synaptiques de N2 contiennent du GABA. Ce neurotransmetteur inhibe N3 en hyperpolarisant la membrane postsynaptique. N2 est donc un neurone présynaptique, mais il a une fonction inhibitrice.

n Bilan

N1 et N2 sont deux neurones présynaptiques, N3 est un neurone postsynaptique.

N1 stimule N3 par la libération d'acétylcholine.

N2 inhibe N3 par la libération de GABA.

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